Kozmični žarki so drobni delci, večinoma protoni, ki zaletijo v zemeljsko atmosfero na različnih ravneh energije. Vsako sekundo v Zemljo udari milijarde kozmičnih žarkov, večina jih ima precej nizko energijo. Vendar pa občasno na Zemljo vplivajo kozmični žarki z ekstremnimi ravnmi energije. Najmočnejši doslej zabeležen je bil en sam proton z energijo 50 J, kar je približno enako bejzbolskemu igrišču. Znanstveniki ne morejo pojasniti, kako so nekateri najbolj energični žarki dobili svojo energijo.
Čeprav se imenujejo “kozmični žarki”, je treba opozoriti, da so kozmični žarki točkovni delci, ne žarki. Poleg protonov, ki predstavljajo 90 % vseh kozmičnih žarkov, so še helijeva jedra, znana tudi kot alfa delci, ki sestavljajo še 9 %, in elektroni, ki sestavljajo preostalih 1 %.
Vesolje je napolnjeno s kopeljo hitro gibajočih se delcev, znanih kot tok kozmičnih žarkov. Kozmični žarki se imenujejo ionizirajoče sevanje, ker imajo težnjo, da udarijo na molekule s takšno silo, da odbijejo elektrone z njihovih sestavnih atomov in ustvarijo uničujoče ione. Kos biomateriala, ki bi bil dovolj dolgo nezaščiten v kozmičnem okolju, bi se spremenil v švicarski sir. To je eden največjih izzivov za človeško kolonizacijo vesolja in vse zasnove vesoljskih kolonij imajo masivno zaščito za odbijanje kozmičnih žarkov.
Kozmični žarki dobijo svojo moč zaradi visokoenergetskih kozmičnih objektov in dogodkov, kot so nevtronske zvezde, supernove in črne luknje. Večina kozmičnih žarkov izvira iz naše galaksije, kjer jih izbruhnejo supernove ali izstrelijo kot pračo iz strmega gravitacijskega vodnjaka črne luknje. Pravzaprav je prisotnost določenih stopenj moči kozmičnih žarkov dokaz, da črne luknje res obstajajo.
Ena najvišjih ravni Zemljine atmosfere je znana kot ionosfera, ker jo nenehno ionizirajo prihajajoči kozmični žarki skupaj s sončnim sevanjem. Termosfera, ki je podmnožica ionosfere, se zaradi ionizirajočega sevanja segreje za več tisoč stopinj, a ker je gostota delcev tukaj razmeroma nizka, ne bi bila tako topla, če bi jo obiskali.
Najbolj energični kozmični žarki prihajajo iz supervisokoenergetskih dogodkov zunaj naše galaksije in zagotavljajo redko okno v delovanje širšega vesolja. Fiziki gradijo večmilijonske objekte za podrobno preučevanje toka kozmičnih žarkov.